Гидратация цемента: что за процесс, степень схватывания и реакция

Явление гидратации вяжущего вещества считается одним из важных элементов протекания химических реакций. Гидратация – образующиеся химические процессы во время добавления жидкости к цементному клинкеру.

Общие сведения

После добавления к цементному вяжущему водного компонента получается смесь пластичной структуры с ярко выраженными коллоидными свойствами. Под воздействием воздуха цементное тесто начинает затвердевать. В результате образуется искусственный строительный камень, обладающий рядом физических показателей.

Если к цементу добавить заполнители и наполнители, то в ходе гидратации химических соединений материалы связываются с инертными частицами, образуя высокопрочный бетон. Прочностные характеристики достигаются после регламентируемого срока для твердения.

Цементы условно подразделяют:

Воздушного твердения (отвердения осуществляется при контакте с воздухом).
Гидравлического затвердевания (после предварительного твердения на воздухе, прочностные характеристики способны увеличиваться в жидкой среде).

Согласно испытаниям, наиболее активным минералом клинкера считается трехкальциевый силикат. При максимальном содержании 3CaO·SiO₂ образцы имеют наивысшие показатели испытаний на сжатие.

Затвердевание подразделяют на три этапа:

подготовительный;
коллоидация;
кристаллизация.

Проведение опытов по установлению сроков схватывания

Установка сроков схватывания регламентировано ГОСТом 310.3-76. Для получения нормальной густоты вяжущего теста используют прибор Вика, представленный на рисунке 1.

Рисунок 1 – Устройство прибора Вика

В сферической металлической чаше замешивают цементный раствор предварительно просчитанного состава. Затем трапециевидное кольцо заполняется полученным объемом цементной смеси. Емкость размещается под иглой.

Важно! Для измерения густоты применяют пестик, а для установления сроков схватывания дополнительно размещают иглу.

Допустимым значением густоты считается, если пестик прибора не доходит до пластины на расстоянии от 5 до 7 мм. При отклонениях показателей регулируют водоцементное (В/Ц) отношение.

Перед началом проведения работ важно удостовериться в правильности работы прибора, а детали, соприкасающиеся со смесью, должны быть покрыты машинным маслом.

Для установки срока схватывания к пестику подцепляют иглу. Иглу погружают в тесто с периодичностью в 10 минут. Началом затвердевания считают период, который потребовался от момента добавления к вяжущему воды до того, как игла не будет доходить до нижней пластины от 2 до 4 мм. Сроки конца схватывания наступают, когда игла погружается максимум на 2 мм.

Ложное схватывание (ЛС) определяется на том же приборе, только вместо пестика устанавливается усечённый конус. Перед началом работ необходимо замесить раствор из цемента, мелкого заполнителя и воды. Соотношение использованных компонентов регламентируется ГОСТ Р 56588-2015. В форму со смесью погружают конус через 15 минут, а затем спустя 1 час фиксируют показания прибора. Ложным схватывание считается, если замеры соответствуют первому типу, согласно таблице 1.

Таблица 1 – Определение ложного схватывания в зависимости от результатов испытаний

Тип схватывания	Глубина погружения конуса в тестовый образец (раствор), мм
	После перемешивания		После вторичного перемешивания спустя 30 минут
	Спустя 15 минут	Спустя 60 минут	После вторичного перемешивания спустя 30 минут
Первый тип ЛС	Менее 15	Менее 10	Более 45 (включительно)
Второй тип ЛС	От 15 (включительно) до 50	От 10 (включительно) до 50	Более 45 (включительно)
Быстрое схватывание	Менее 50	Менее 50	Менее 45

Схватывание бетона при температурных изменениях: по времени

Для качественного набора прочности должны быть соблюдены температурно-влажностные показатели. Если бетон застывает в жарких условиях, то необходимо производить периодическое смачивание поверхностей водой. Это способствует нормальному протеканию химических реакций.

В нормальных климатических условиях схватывание смеси происходит быстрее, нежели при отрицательных температурах. Морозный климат способен также остановить момент схватывания, что в конечном результате приведен к разрушению камня и минимальному набору прочностных показателей.

Нормальными условиями считаются:

температура помещения от +20 до +30 градусов;
показатели влажности – не менее 90%.

Увеличить влажность возможно путем периодического полива или натяжения полиэтиленовой пленки, что не допускает испарения жидкости и образует конденсат.

Зависимость прочности от температурного режима приведена на примере таблицы 2.

Таблица 2 – Зависимость прочности от марки ПЦ и температурных показателей

Марка бетона	Время твердения, сутки (часы)	Средняя температура бетона на протяжении суток, °C
		–3	0	+5	+10	+20	+30
		Прочность материала на сжатие, % от полного затвердевания
М200-М300 на ПЦ400 и ПЦ500	1 (24)	2,8…3,0	4,8…5,0	8,6…9,0	11,4…12,0	22,6…23,0	33,2…35,0
	2 (48)	5,7…6,0	11,4…12,0	18…19,0	23,7…25,0	38,0…40,0	52,7…55,0
	3 (72)	7,6…8,0	17,1…18,0	25,6…27,0	35,1…37,0	47,5…50,0	61,8…65,0
	5 (120)	11,4…12,0	26,6…28,0	36,1…38,0	47,5…50,0	61,8…65,0	76,0…80,0
	7 (168)	14,2…15,0	33,2…35,0	45,6…48,0	55,1…58,0	71,7…75,0	85,5…90,0
	14 (336)	18…20,0	47,5…50,0	58,9…62,0	68,4…72,0	85,5…90,0	95,0…100,0
	28 (772)	22,5…25,0	61,8…65,0	73,1…77,0	80,7…85,0	95,0…100,0	–

Основной набор прочностных показателей происходит от 7 до 28 суток. В первую неделю камень набирает только 70% от конечной прочности. Марочная прочность достигается по истечении 28 суток. Далее надежность бетона будет расти, но уже намного медленнее.

В период заморозков нельзя допускать замораживание воды в бетонной структуре, поэтому обязательно необходимо добавлять в состав смеси противоморозные добавки.

Контролировать климат в лабораторных условиях намного легче, нежели на открытых строительных площадках во время проведения монолитных работ. Наиболее благоприятными условиями для замоноличивания считается период с весны до осени, когда температура воздуха составляет более чем +5°С. Поэтому строители должны со всей ответственностью подойти к вопросу о качественном уходе за материалом.

Источники информации: